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Regen (Bild: www.ki-werkstatt.de)
Projekt A 1.1.2:

Langzeitverhalten von Gebietsniederschlägen

in Baden-Württemberg und Bayern


Kurzfassung der Projektergebnisse

(Stand: 1997)

Seit Jahren wird sowohl in Fachkreisen als auch in der Öffentlichkeit eine rege Diskussion um Ursachen und Folgen des Klimawandels geführt. Der Wasserkreislauf, als Grundlage einer Reihe von Energie- und Stoffkreisläufen, ist unmittelbar vom Klimawandel betroffen. Als Konsequenz der weltweit beobachteten Erwärmung wird aufgrund physikalischer Zusammenhänge allgemein eine Intensivierung des Wasserkreislaufes und der zugehörigen Komponenten des Wasserhaushalts wie dem Niederschlag angenommen. Abweichend von dieser allgemeinen Tendenz können sich jedoch regional und saisonal aufgrund der atmosphärischen Zirkulation auch unterschiedliche Entwicklungen ergeben. Laut IPCC-Bericht (2001) nahm der mittlere Jahresniederschlag (Periode 1900-1999) in Mitteleuropa (30°-55° N) um rd. 7% zu, wobei sich der Trend in den letzten 25 Jahren verstärkt hat. Für Deutschland zeigt die Zeitreihe der Gebietsmittel des jährlichen Niederschlags (1901-2000) allerdings nur einen leichten, statistisch nicht signifikanten Anstieg (DWD-Klimastatusbericht 2001, Beitrag Müller-Westermeier). Niederschlagsarme Regionen in Deutschland wie Brandenburg zeigten sogar rückläufige Trends beim mittleren Jahresniederschlag.


Zielstellung

Im KLIWA-Projekt A 1.1.2 "Langzeitverhalten der Gebietsniederschläge in Baden-Württemberg und Bayern" stellte sich die Frage, wie sich die mittleren Niederschläge in den vergleichsweise niederschlagsreichen Regionen Süddeutschlands in der Vergangenheit entwickelt haben. Laut IPCC ergeben sich mit einer Veränderung des Mittelwerts auch Änderungen für die Extremwerte des Niederschlags, die besonders in ihrer Auswirkung als Hochwasser oder als Trockenheit die Gesellschaft unmittelbar betreffen. Bei der stationsbezogenen Auswertung der jährlichen Höchstwerte der Niederschläge in Süddeutschland ergab sich beispielsweise eine statistisch signifikante Zunahme im hydrologischen Winterhalbjahr (November-April), die mit unterschiedlichen regionalen Schwerpunkten auftrat (siehe dazu: KLIWA-Projekt A 1.1.3 "Langzeitverhalten der Starkniederschläge in Baden-Württemberg und Bayern").


Vorgehensweise

Um die Auswirkungen solcher Veränderungen und ihrer Größenordnung abschätzen zu können, sind sowohl umfangreiche Auswertungen historischer klimatologischer und hydrologischer Daten als auch intensive Szenariountersuchungen erforderlich. Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur ersten dieser beiden Teilaufgaben dar und wurde von der Abteilung Hydrometeorologie des DWD im Auftrag der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg und des Bayerischen Landesamts für Wasserwirtschaft durchgeführt.

Gegenstand der Untersuchung war jeweils eine Reihe von Tageswerten des Gebietsniederschlags für jedes der 33 KLIWA-Untersuchungsgebiete in Baden-Württemberg und Bayern für den Zeitraum von 1931 bis 1997 (siehe Abb. 1 und Tab. 1). Grundlage für die Berechnung dieser Gebietswertreihen war die Interpolation der Niederschlagsbeobachtungen von 1815 Messstellen auf ein Raster mit rund 7 km Kantenlänge (2139 Gitterpunktreihen) mittels einer geostatistischen Methode (KLIWA-Projekt A 1.1.1 "Bereitstellung von langen Reihen interpolierter Gitterpunktwerte des Niederschlags für Baden-Württemberg und Bayern"). Ein großer Vorteil dieser Vorgehensweise zur statistischen Analyse von Gebietsniederschlägen liegt in der Minimierung von trendbeeinflussenden Inhomogenitäten einzelner Stationen und einer Flächenaussage für einzelne Flussgebiete.


Tab 1: KLIWA-Untersuchungsgebiete mit Anzahl der Gitterpunkte.

KLIWA-Untersuchungsgebiete und Rasterpunkte des Gebietsniederschlags

Auf der Basis der Tageswerte des Gebietsniederschlags wurden für jeden Monat des Untersuchungszeitraums 1931-1997 fünf statistische Kenngrößen - Tagesmittelwert, Standardabweichung, Unteres Quartil, Median und Überschreitungshäufigkeit von 15 mm/d - bestimmt, die das monatliche Niederschlagsgeschehen kennzeichnen. Die daraus resultierenden Monatswertreihen (Stichprobenumfang jeweils 804 Werte) wurden mit unterschiedlichen Verfahren zur Zeitreihenanalyse untersucht, um Inhomogenitäten und tendenzielle Entwicklungen zu ermitteln.

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich bei der Beschreibung der langjährigen Verläufe vorrangig auf den meteorologischen Sommer (Juni bis August) und den meteorologischen Winter (Dezember bis Februar), da gerade die gegensätzlichen Tendenzen dieser beiden Jahresabschnitte die eingetretenen Veränderungen deutlich werden lassen, während Frühjahr und Herbst als "Übergangsjahreszeiten" weniger Aussagekraft zukommt. Daneben enthält die Studie auch auf das Kalenderjahr bezogene Aussagen; daraus sind nachstehend wesentliche Ergebnisse der linearen Trenduntersuchungen dargestellt.


Ergebnisse

Veränderungen bezogen auf das Kalenderjahr

Die Veränderungen bei Betrachtung des Kalenderjahres lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

  • Die jährliche Niederschlagsmenge nimmt im Verlauf des Untersuchungszeitraums nur in sechs Gebieten Baden-Württembergs und Bayerns signifikant um 0,1 % bis 0,2 % pro Jahr zu. In mehr als 80 % der Gebiete ist keine tendenzielle Entwicklung nachweisbar.
  • Deutlicher als die Veränderung des Tagesmittels des Niederschlags ist die Veränderung der Häufigkeitsverteilung. Sowohl die "trockenen" Tage, d.h. Tage ohne oder mit nur geringem Niederschlag, als auch die Tageswerte der Niederschläge mit überdurchschnittlichen, jedoch nicht extremen Beträgen nehmen zu.
  • Die Häufigkeit der Tage mit sehr starken Gebietsniederschlägen (mehr als 15 mm/d) nimmt nur in einem Teil der Gebiete im Osten (Flussgebiete der Vils und der Rott, der Naab und des Oberen Mains) und im Südwesten (Flussgebiete Neckar oberhalb Fils sowie der Enz) zu, während sie in einzelnen Gebieten im Nordwesten (Flussgebiete der Tauber und des Mittleren Mains) zurückgeht.

Veränderungen im Sommer

Die Ergebnisse für den meteorologischen Sommer zeigen folgende Veränderungen:

  • Die Mehrzahl der untersuchten Gebiete ist durch einen Rückgang der Niederschlagssumme - repräsentiert durch den Tagesmittelwert des Niederschlags - geprägt (Abb.1). Dieser Rückgang ist vor allem auf die gleichzeitige Abnahme der Häufigkeit von Tagen mit hohen Gebietsniederschlägen zurückzuführen.
  • Daneben ist auch ein Anstieg der Häufigkeit von "trockenen" Tagen zu verzeichnen, allerdings wirkt sich diese Änderung nicht wesentlich auf die Änderung der Niederschlagssumme - repräsentiert durch den Tagesmittelwert - aus.
  • Eine andere Entwicklung ist lediglich in Südbayern zu verzeichnen. Hier kommt es im Gegensatz zu den anderen Gebieten zu einer geringfügigen Zunahme der Niederschläge, die wiederum verursacht wird durch einen Anstieg der Häufigkeit von Tagen mit starken Niederschlägen. Allerdings lässt sich diese Zunahme nicht überall mit der erforderlichen Signifikanz nachweisen. Schwerpunkt ist das Niederbayerische Hügelland.

Abb. 1: Verteilung des Trends der Gebietsniederschläge (Tagesmittelwert) für den meteorologischen Sommer (JJA) in den 33 KLIWA-Untersuchungsgebieten in Baden-Württemberg und Bayern, 1931 bis 1997. Die absoluten Trends sind betragsmäßig klein, da auch die Tagesmittel im Vergleich zu Niederschlagssummen niedrige Werte annehmen.


Veränderungen im Winter

Die langfristige Entwicklung der Gebietsniederschläge während des meteorologischen Winters stellt in gewisser Weise das Gegenstück des sommerlichen Verlaufs dar, auch wenn nicht in jedem Gebiet und bei jeder Auswertegröße ein spiegelbildliches Verhalten erkennbar ist.

  • In den meisten Gebieten kommt es im Winter zu einer Zunahme der Niederschläge, die sich sowohl durch eine Erhöhung der mittleren täglichen Niederschläge (Abb. 2) als auch durch eine erhöhte Anzahl von Tagen mit sehr hohen Niederschlägen auszeichnet.
  • Vergleichsweise gering signifikante Verstärkung der Niederschläge erfährt daneben der Bereich des Alpenvorlandes. Hier tritt zwar auch eine gewisse Verstärkung auf; sie lässt sich jedoch statistisch nur in den wenigsten Fällen sichern.

Abb. 2: Verteilung des Trends der Gebietsniederschläge (Tagesmittelwert) für den meteorologischen Winter (DJF) in den 33 KLIWA-Untersuchungsgebieten in Baden-Württemberg und Bayern, 1931 bis 1997. Die absoluten Trends sind betragsmäßig klein, da auch die Tagesmittel im Vergleich zu Niederschlagssummen niedrige Werte annehmen.


Zusammenfassende Beurteilung

Bei allen Aussagen über die allgemeinen Tendenzen im gesamten Untersuchungszeitraum von 1931 bis 1997 ist zu ergänzen, dass viele Veränderungen der Gebietsniederschläge (Bruchpunkte) vor allem während der sechziger und siebziger Jahre aufgetreten sind. Sie zeigen sich zum einen in einer innerjährlichen Umverteilung der Niederschläge und zum anderen veränderte sich die Häufigkeitsverteilung der Tageswerte des Gebietsniederschlags: im Sommer regnete es weniger häufig und extreme Niederschläge traten weniger auf, während im Winter sowohl die Menge als auch die Variabilität der Niederschläge und damit die Häufigkeit extremer Werte (niederschlagslose bzw. Tage mit niedrigem Niederschlag und Tage mit stärkerem Niederschlag) einen zunehmenden Trend zeigten.

Im Projekt wurde bezüglich der möglichen Ursachen für die detektierten Veränderungen auch untersucht, ob Zusammenhänge zwischen dem Zeitreihenverhalten des Niederschlags und den jahreszeitlichen Häufigkeiten der atmosphärischen Zirkulationsformen (zonal, meridional, gemischt) basierend auf dem Katalog der Großwetterlagen in Mitteleuropa (Gerstengarbe et al. 1999) bestehen. Ein Vergleich der Gebietswertreihen mit vieljährigen Reihen der Häufigkeit bestimmter Wetterlagen in Mitteleuropa im Winter zeigt, dass beide Entwicklungen miteinander verknüpft sind und dass die Verstärkung der Niederschläge im Winter mit einer höheren Häufigkeit der zonalen und gemischten Zirkulationsformen zusammenhängt.

Abschließend lässt sich sagen, dass sich die jährlichen Gebietsniederschläge langfristig nur wenig verändert haben. Gleichzeitig ist aber eine Umverteilung der Niederschläge im Jahresgang zu beobachten, d.h. es wird trockener im Sommer und niederschlagsreicher im Frühjahr und Winter, verursacht insbesondere durch die veränderte Wetterlagenhäufigkeit. Dabei setzen einzelne Veränderungen bereits vor oder um 1960 ein, andere vollziehen sich erst gegen Ende der siebziger Jahre.



 

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